열병합발전의 발전 및 운전방식

열병합발전의 정의

열병합 발전이란 하나의 에너지원으로부터 열과 전력을 동시에 발생시켜 용도별로 적절히 공급하여 에너지 이용 효율의 극대화를 추구하는 시스템입니다. 열병합 발전의 또 다른 공학적 정의는 열을 효율적으로 이용하기 위하여 높은 열에너지를 가능한한 낮은 열 에너지로 방출하고자 고안된 시스템이라고 할 수 있습니다. 

 

열병합 발전은 연료를 연소시켜 생산된 에너지를 어떻게 이용하느냐에 따라 토핑 사이클(Topping Cycle)과 버토밍 사이클(Bottoming Cycle)로 구분됩니다. 일반적인 화력발전은 투입된 에너지 중 많은 양이 복수기에서 손실되나, 열병합 발전의 경우 복수기에서 손실되는 열량의 대부분을 공정용 및 난방용으로 사용함으로서 에너지 이용효율이 일반 화력발전에 비해 매우 높습니다. 

 

토핑 사이클(Topping Cycle)의 특징

- 일차적으로 에너지를 전기생산에 이용

- 배열 또는 일여열을 생산공정용 및 지역난방용 열로 이용

- 발전회사는 이 방법을 채택

 

바토킹 사이클(Bottoming Cycle)의 특징

- 열을 주로 생산하고 부수적으로 전기를 생산

-주로 제철소에서 많이 채택

 

열별합발전의 운전방식

■열부하 추종 운전(Heat Load Follows Operation)

- 전기 생산과 열 공급을 동시에 실시하며, 주로 겨울철에 운전된다.

■ 전기부하 추종 운전(Electrical Load Follows Operation)

- 열공급이 중단되고 전기만 생산하는 방식이며, 주로 여름철에 운전된다.

 

열 부하 추종 운전방식

■ 모드I(Normal Operation Mode)

- 배열회수 보일러에서 발생된 증기로 배압터빈(HP TBN)을 구동하여 전기를 생산하고 배기 증기로 지역난방 열 공급을 담당한다.

- 복수터빈(LP TBN)은 동기 클러치로 분리시켜 운전하지 않는다.

- 열병합발전의 주종을 이루는 운전 방법이다.

 

■ 모드IV(Steam Turbine By-Pass Operation Mode)

- 배열회수 보일러에서 발생한 증기를 전량 지역난방용 열로 공급한다.

- 증기터빈은 운전되지 않는다.

- 겨울철 혹한기에 열 부하가 최대로 요구되어 배압터빈 추기 및 보조열원에 의한 열 공급으로 감당할 수 없을 때 실시한다.

 

■ 모드V(Steam Turbine coordination Operation Mode)

- 복수터빈 운전으로 전기부하 추종운전을 주로하고 고압터빈 배기 및 추기 증기를 이용하여 지역난방 열을 공급한다.

 

전기부하 추종 운전방식

■ 모드II(Simple Cycle Operation Mode)

- 가스터빈 단독운전 방식, 즉 전기만 생산하는 방식이다.

- 열 부하가 없는 하절기에 증기터빈 고장 시 도는 가스터빈 기동 시의 운전이 이에 해당된다.

 

■ 모드III(Condensing Mode)

- 배압터빈과 복수터빈을 모두 운전하는 방식이다.

- 주로 열 부하가 없는 하절기에 적용되며 전기 생산이 최대로 된다.

- 연간 약 2,000 ~ 3,000시간 정도 운전이 예상된다.

 

배기가스 유동방향에 따른 구분

수평형(Horizontal HRSG)

- 수평형 배열회수 보일러는 배기가스 흐름이 수평방향이며 일련의 튜브(Tube bank)는 상부와 하부 헤더에 수직으로 연결 설치되어 있어 넓은 공간을 필요로 한다.

- 튜브와 헤더는 상부에 달려있거나 하부에 지지하는 형태로 되어 있다.

- 일반적으로 자연순환식 배열회수 보일러에 채용된다.

 

수직형(Vertical HRSG)

- 수직형 배기가스가 수직으로 흐르고 일련의 튜브는 수평으로 배열되어 있다.

- 구조물이 높고 지지점이 많다.

- 설치공간이 작다.

- 강제순환식 배열회수 보일러에 이용된다.